JP2009266646A - ポジションセンサ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】レバースイッチ1は、回転操作、及びプッシュ操作可能に第2の保持部15に設けられ、回転操作ポジション及びプッシュ操作ポジションを指示する操作レバー17と、操作レバー17に設けられたZθ方向カウンター磁石8と、第2の保持部15の突出部19に設けられたXY方向カウンター磁石5と、第2の保持部15に設けられ、回転操作及びプッシュ操作による磁界の変化に基づいて第1の検出信号を出力するZθ方向MRセンサと、傾倒操作による磁界の変化に基づいて第2の検出信号を出力するXY方向MRセンサと、第1及び第2の検出信号に基づいて前記回転操作ポジション、プッシュ操作ポジション及び傾倒操作ポジションを判断する判断部と、を備えたことを特徴とする。
【選択図】図1
Description
(レバースイッチ1の構成)
図1は、本発明の第1の実施の形態に係るレバースイッチの斜視図である。図1において台座10の長手方向をX軸方向、台座10の短手方向をY軸方向、及びX−Y軸に対して直交する上方向をZ軸方向とし、その原点は、XY方向MR(Magneto Resistance)センサ(第2のセンサ部)4上であり、XY方向MRセンサ4を構成する十字の各頂点に配置された後述する4つのMRセンサの中心点であるものとする。
図3(a)は、本発明の第1の実施の形態に係るXY方向MRセンサの上面図であり、図3(b)は、本発明の第1の実施の形態に係るXY方向MRセンサの等価回路図であり、図4は、本発明の第1の実施の形態に係る第1のMR素子の概略図である。図3において横方向をX軸、縦方向をY軸とし、図4において横方向をx軸、縦方向をy軸とし、x軸と磁気ベクトル9の角度をαとする。なお、磁気ベクトル9の長短は、検出面成分のおよその大きさを表している。
XY方向MRセンサ4は、NiFeパーマロイ、NiCo及びFeCo合金等の強磁性金属を主成分とした薄膜で作成された第1及び第2のMR素子45、46によって構成される第1〜第4のハーフブリッジ41〜44が、基板40上の十字の各頂点に配置されている。
XY方向カウンター磁石5は、図1に示すように、一例として、円柱形状を有し、アルニコ磁石、フェライト磁石、ネオジム磁石等の永久磁石で形成されている。なお、XY方向カウンター磁石5の形状はこれに限定されず、例えば、球形状及び矩形状等であっても良い。また、XY方向カウンター磁石5のN極51とS極50を入れ替えた構成としても良い。
図5は、本発明の第1の実施の形態に係るZθ方向MRセンサの上方図であり、図6は、本発明の第1の実施の形態に係るZθ方向MRセンサの等価回路図であり、図7(a)及び(b)は、本発明の第1の実施の形態に係るZθ方向検出部の側面図である。回転角θは、操作レバー17の回転角を表しており、図7(b)に示すY軸からの角度を表している。なおZ軸は、操作レバー17の回転軸を基板70上に投影した投影線であるものとする。
Zθ方向カウンター磁石8は、図7(a)及び(b)に示すように、一例として、円柱形状を有し、円の中心が回転軸と一致するように設けられており、アルニコ磁石、フェライト磁石、ネオジム磁石等の永久磁石で形成されている。
判断部100は、一例として、XY方向MRセンサ4の対向する第1及び第3のハーフブリッジ41、43から出力される出力電圧V1及びV3に基づいて(V3−V1)を算出する。
以下に、本発明の第1の実施の形態に係るレバースイッチの動作について各図を参照しながら詳細に説明する。まず傾倒操作ポジションの検出について説明する。
XY方向カウンター磁石5がポジションNにあるとき、図3(b)に示すように、第1及び第3のハーフブリッジ41、43には、X軸と平行な磁気ベクトル9が、第2及び第4のハーフブリッジ42、44には、Y軸と平行な磁気ベクトル9が、横切っている。
図11(a)は、本発明の第1の実施に係るXY方向MRセンサの上面図であり、図11(b)は、本発明の第1の実施の形態に係るXY方向MRセンサの等価回路図である。操作レバー17が、図8に示すポジションP1に操作された場合について表している。
図12(a)は、本発明の第1の実施の形態に係るXY方向MRセンサの上面図であり、図12(b)は、本発明の第1の実施の形態に係るXY方向MRセンサの等価回路図である。操作レバー17が、図8に示すポジションP2に操作された場合について表している。
図13(a)は、本発明の第1の実施の形態に係るXY方向MRセンサの上面図であり、図13(b)は、本発明の第1の実施の形態に係るXY方向MRセンサの等価回路図である。操作レバー17が、図8に示すポジションP3に操作された場合について表している。
図14(a)は、本発明の第1の実施の形態に係るXY方向MRセンサの上面図であり、図14(b)は、本発明の第1の実施の形態に係るXY方向MRセンサの等価回路図である。操作レバー17が、図8に示すポジションP4に操作された場合について表している。
図15(a)は、本発明の第1の実施の形態に係るXY方向MRセンサの上面図であり、図15(b)は、本発明の第1の実施の形態に係るXY方向MRセンサの等価回路図である。操作レバー17が、図8に示すポジションP5に操作された場合について表している。
図16(a)は、本発明の第1の実施の形態に係るXY方向MRセンサの上面図であり、図16(b)は、本発明の第1の実施の形態に係るXY方向MRセンサの等価回路図である。操作レバー17が、図8に示すポジションP6に操作された場合について表している。
図17(a)は、本発明の第1の実施の形態に係るXY方向MRセンサの上面図であり、図17(b)は、本発明の第1の実施の形態に係るXY方向MRセンサの等価回路図である。操作レバー17が、図8に示すポジションP7に操作された場合について表している。
図18(a)は、本発明の第1の実施の形態に係るXY方向MRセンサの上面図であり、図18(b)は、本発明の第1の実施の形態に係るXY方向MRセンサの等価回路図である。操作レバー17が、図8に示すポジションP8に操作された場合について表している。
図19(a)は、本発明の第1の実施の形態に係るZθ方向カウンター磁石の上面図であり、図19(b)は、本発明の第1の実施の形態に係るZθ方向MRセンサの上面図であり、図20は、本発明の第1の実施の形態に係るZθ方向カウンター磁石の回転角度と角度変換処理が行われた角度の関係を表した図である。
図21(a)は、本発明の第1の実施の形態に係るプッシュ操作前のZθ方向MRセンサの上面図であり、図21(b)は、本発明の第1の実施の形態に係るプッシュ操作後のZθ方向MRセンサの上面図であり、図22は、本発明の第1の実施の形態に係るZθ方向カウンター磁石の移動量と角度変換処理が行われた角度の関係を表した図である。Zθ方向カウンター磁石8の中心点が、プッシュ操作によってZ=0.5mmからZ=−0.5mmに移動したとしてシミュレーションした結果に基づいて説明する。
上記した第1の実施の形態によると、レバースイッチ1は、X軸方向及びY軸方向のXY方向カウンター磁石5の移動をクロストークの少ない状態で検出することができるので、2次元の傾倒操作ポジションを安定して検出することができる。また、レバースイッチ1は、非接触でポジションの検出を行うことができるので、耐久性が高い。
(レバースイッチ1の構成)
図23は、本発明の第2の実施の形態に係るXY方向MRセンサの等価回路図であり、図24は、本発明の第2の実施の形態に係るX方向の操作レバーの角度と角度変換処理が行われた角度との関係を表した図である。
判断部100は、XY方向カウンター磁石5のX軸方向の傾倒操作ポジションを検出する第2、4、6及び8のハーフブリッジ42、44、42a、44aから出力される出力電圧V22、V24、V26及びV28に基づいて、一例として、X3(=V24―V22;第1の出力)、X4(=V28−V26;第2の出力)に対して角度変換処理を行う。
上記した第2の実施の形態によると、レバースイッチ1は、X軸方向及びY軸方向のXY方向カウンター磁石5の傾倒操作をクロストークの少ない状態で検出することができるので、2次元の傾倒操作ポジションを安定して検出することができる。また、レバースイッチ1は、冗長性を確保することができる。
Claims (8)
- 回転軸を中心に回転操作、及び前記回転軸の平行方向にプッシュ操作可能に支持部に設けられ、回転操作ポジション及びプッシュ操作ポジションを指示する操作指示部と、
前記操作指示部に設けられ、前記回転軸に対して垂直方向に磁化され、第1の磁界を形成する第1の磁石と、
前記操作部の傾倒操作に基づいて2次元の傾倒操作ポジションを指示し、前記2次元の傾倒操作ポジションに対して垂直方向に磁化され、第2の磁界を形成する第2の磁石と、
前記支持部に設けられ、前記回転操作及びプッシュ操作による前記第1の磁界の方向変化に基づいて第1の検出信号を出力する第1のセンサ部と、
前記傾倒操作による前記第2の磁界の方向変化に基づいて第2の検出信号を出力する第2のセンサ部と、
前記第1及び第2の検出信号に基づいて前記回転操作ポジション、プッシュ操作ポジション及び前記2次元の傾倒操作ポジションを判断する判断部と、
を備えたことを特徴とするポジションセンサ。 - 前記第1及び第2のセンサ部は、4つのMR(Magneto Resistance)センサが十字の各頂点に配置されていることを特徴とする請求項1に記載のポジションセンサ。
- 前記MRセンサは、感磁方向が直交する2つのMR素子から構成されることを特徴とする請求項2に記載のポジションセンサ。
- 前記第1及び第2のセンサ部は、対向する2つの前記MRセンサによってブリッジ回路を形成することを特徴とする請求項3に記載のポジションセンサ。
- 前記第1のセンサ部は、基板を有し、前記回転軸を前記基板に投影した投影線上に前記対向する2つの前記MRセンサが配置されて前記回転操作ポジションを検出し、前記投影線に垂直な方向に前記対向する2つの前記MRセンサが配置されて前記プッシュ操作ポジションを検出することを特徴とする請求項4に記載のポジションセンサ。
- 前記判断部は、前記対向する2つの前記MRセンサから差分出力される差分値の正、負及びゼロ値の組み合わせに基づいて前記傾倒操作ポジションを判断することを特徴とする請求項4に記載のポジションセンサ。
- 前記第1のセンサ部は、感磁方向が直交する第1及び第2のMR素子からなるハーフブリッジ回路を第1〜第4のハーフブリッジ回路として十字の各頂点に配置し、
前記第1のハーフブリッジ回路と前記第3のハーフブリッジ回路を対向させ、前記第2のハーフブリッジ回路と前記第4のハーフブリッジ回路を対向させてそれぞれ配置し、
前記第1のハーフブリッジ回路は、前記感磁方向を反時計回りに45°回転させた第5のハーフブリッジ回路と共に配置され、
前記第3のハーフブリッジ回路は、前記感磁方向を時計回りに45°回転させた第7のハーフブリッジ回路と共に配置され、
前記第2のハーフブリッジ回路は、前記感磁方向を反時計回りに45°回転させた第6のハーフブリッジ回路と共に配置され、
前記第4のハーフブリッジ回路は、前記感磁方向を時計回りに45°回転させた第8のハーフブリッジ回路と共に配置され、
前記判断部は、前記第1及び第3のハーフブリッジ回路から差分出力される第1の出力と、前記第5及び第7のハーフブリッジ回路から差分出力される第2の出力と、前記第2及び第4のハーフブリッジ回路から差分出力される第3の出力と、前記第6及び第8のハーフブリッジ回路から差分出力される第4の出力と、に基づいて角度変換処理を行って前記プッシュ操作ポジション及び前記回転操作ポジションを判断することを特徴とする請求項1に記載のポジションセンサ。 - 前記第2のセンサ部は、感磁方向が直交する第1及び第2のMR素子からなるハーフブリッジ回路を第1〜第4のハーフブリッジ回路として十字の各頂点に配置し、
前記第1のハーフブリッジ回路と前記第3のハーフブリッジ回路を対向させ、前記第2のハーフブリッジ回路と前記第4のハーフブリッジ回路を対向させてそれぞれ配置し、
前記第1のハーフブリッジ回路は、前記感磁方向を反時計回りに45°回転させた第5のハーフブリッジ回路と共に配置され、
前記第3のハーフブリッジ回路は、前記感磁方向を時計回りに45°回転させた第7のハーフブリッジ回路と共に配置され、
前記第2のハーフブリッジ回路は、前記感磁方向を反時計回りに45°回転させた第6のハーフブリッジ回路と共に配置され、
前記第4のハーフブリッジ回路は、前記感磁方向を時計回りに45°回転させた第8のハーフブリッジ回路と共に配置され、
前記判断部は、前記第1及び第3のハーフブリッジ回路から差分出力される第1の出力と、前記第5及び第7のハーフブリッジ回路から差分出力される第2の出力と、前記第2及び第4のハーフブリッジ回路から差分出力される第3の出力と、前記第6及び第8のハーフブリッジ回路から差分出力される第4の出力と、に基づいて角度変換処理を行って前記プッシュ操作ポジション及び前記回転操作ポジションを判断することを特徴とする請求項1に記載のポジションセンサ。
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